Analisi e ottimizzazione di centrifughe industriali

Centrifuges are very used in the industry, they are used in many applications such as production of beverage, pharmaceutical application and treatments of industrial sludge. The utilization of these machines is useful to show how half of investments, dedicated to the research and to the development of the chemical industry from the mid-90s, are used to optimize these machines in terms of performance and operating costs. Thanks to the fact that more than half of operating costs during production actually depends on these machines. This paper will show first of all the centrifuges in general and then the study will be focused on the continuous discharge centrifuge with vertical axis. These machines are used, in most cases, for the separation of components of different densities. The centrifuges, which are commonly called decanter, are widely used in industrial practice especially for the solid-liquid or solid-liquid-liquid. The realization of this work, developed through the collaboration with the company Pieralisi Spa, arose from this company, which is one of the world's leading manufacturers of decanter, to increase its competitiveness. The best way to increase the productiveness is the production of machines with higher productivity. The easiest way to reach such goal is represented by the increasing of rotational speed, which raises the strength of separation. That decreases the time required for the separation. Increasing the rotational speed means that there is an augmentation of the stress state and it risks to end in working at frequencies closer to the resonance of the system. To get all that is therefore necessary to have the tools that allow a careful design, a staff able to use this tools, and most of all getting an accurate knowledge of the laws that govern the operation of the machine. So after a careful consideration of the state of the art, some analysis of the sensitivity have been made by FEM and Multibody because there is no data in literature, finally the acquired knowledge has been translated into a tool that can give the designer ,who uses the information of the characteristics of the machine, tips on how to improve the car and then doing the same optimizations using appropriate algorithms, all trying to make the process as transparent as possible to the user, in that way is not necessary to have an appropriate staff on FEM simulation or numerical methods. That manner permits to reduce the costs of personnel and the time necessary for the staff training for the interest of competitiveness.

Le centrifughe sono macchine molto utilizzate in ambito industriale vengono utilizzate, nei più disparati campi, a partire dall'alimentare, per passare al farmaceutico sino ad arrivare alla purificazione di acque reflue. Per comprendere l'importanza di queste macchine è utile sapere che nell'industria chimica da metà degli anni 90, metà degli investimenti dedicati a ricerca e sviluppo sono utilizzati per ottimizzare queste macchine e a livello di prestazioni che a livello di costi di esercizio , questo in virtù del fatto che più di metà dei costi d'esercizio durante la produzione sono dovuti proprio a queste macchine. In questo scritto verranno dapprima trattate le centrifughe in generale e poi lo studio verrà focalizzato sulle centrifughe a scarico continuo ad asse verticale. Queste macchine sono usate, nella maggior parte dei casi, per la separazione di componenti a diversa densità. Le centrifughe, che comunemente vengono chiamate decanter, sono molto utilizzate nella pratica industriale in particolare per la separazione solido-liquido oppure solido-liquido-liquido. La realizzazione di questo lavoro, sviluppato in collaborazione con l'azienda Pieralisi S.p.a, è nata dall'esigenza dell'azienda in questione, che rappresenta uno dei leader mondiali nella produzione di decanter, di aumentare la propria competitività nel mercato di riferimento. Per raggiungere l'obiettivo una delle possibili strade è quella di produrre macchine con una produttività maggiore. Per aumentare la produttività la maniera più semplice è rappresentata dall'aumento della velocità di rotazione, che fa aumentare la forza di separazione e quindi diminuisce il tempo necessario per la separazione. Aumentare la velocità di rotazione fa si che ci sia un aumento dell'entità dello stato tensionale e si rischia di lavorare a frequenze di rotazione più vicine alle frequenze proprie del sistema. Per far quanto detto è quindi necessario avere degli strumenti che permettano una progettazione molto accurata, personale in grado di utilizzare gli strumenti, e cosa molto più importante avere un'approfondita conoscenza delle leggi che governano il funzionamento della macchina. Quindi dopo un attento esame dello stato dell’arte sono state effettuate delle analisi di sensibilità mediante codici FEM e Multibody in quanto in letteratura non sono presenti dati, infine le conoscenze acquisite sono state tradotte in uno strumento in grado di dare al progettista che lo utilizzerà indicazioni sulle caratteristiche della macchina, suggerimenti su come migliorare la macchina e infine effettuare ottimizzazioni della stessa mediante algoritmi opportuni, il tutto cercando di rendere il processo, il più possibile trasparente all'utente, in questa maniera non è necessario avere del personale competente in materia di simulazione FEM o di metodi numerici. In questa maniera è possibile ridurre sia i costi del personale sia i tempi necessari alla formazione dello stesso, a tutto vantaggio della competitività.